高中化学验证原电池的效果试题

SNCR－SCR是一种新型的烟气脱硝技术(除去烟气中的NO_x），其流程如下：

（1）反应2NO＋2CO2CO₂＋N₂能够自发进行，则该反应的ΔH       0（填“＞”或“＜”）。
（2）SNCR－SCR流程中发生的主要反应有：
4NO(g)＋4NH₃(g)＋O₂(g)4N₂(g)＋6H₂O(g) ΔH＝－1627.2kJ•mol^－1；
6NO(g)＋4NH₃(g)5N₂(g)＋6H₂O(g) ΔH＝－1807.0 kJ•mol^－1；
6NO₂(g)＋8NH₃(g)7N₂(g)＋12H₂O(g) ΔH＝－2659.9 kJ•mol^－1；
反应N₂(g)＋O₂(g)2NO(g)的ΔH＝          kJ•mol^－1。
（3）NO和NH₃在Ag₂O催化剂表面的反应活性随温度的变化曲线见图。

①由图可以看出，脱硝工艺流程应在    （填“有氧”或“无氧”）条件下进行。
②随着反应温度的进一步升高，在有氧的条件下NO的转化率明显下降的可能原因是                                   。
（4）NO₂也可用尿素[CO(NH₂)₂]还原，写出尿素与NO₂反应的化学方程式：                         。
（5）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料电池，其原理见图11。该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y，其电极反应为                             。若生成1molY，则理论上需要消耗标准状况下氧气的体积为       L。

X、Y、Z、U、V是元素周期表前四周期中的五种常见元素，其相关信息如下表：

元素	相关信息
X	地壳中含量最多的金属，其氧化物可用作耐火材料
Y	单质在常温常压下为黄绿色气体
Z	常温常压下，单质是淡黄色固体，常在火山口附近沉积
U	常温下单质遇浓硫酸钝化，其一种核素的质量数为56，中子数为30
V	属短周期元素，原子的最外层电子数是内层电子数的2/5

 
请回答下列问题：
（1）元素X位于周期表中第    周期第   族，其离子结构示意图为          。
（2）上述元素中最高价氧化物对应的水化物酸性最强的是           （写化学式），非金属气态氢化物还原性最强的是            （写化学式）。
（3）在碱性条件下，Y的单质可与UO₂^－反应制备一种可用于净水的盐UO₄^2－，该反应的离子方程式是                                                    。
（4）我国首创的海洋电池被大规模用于海洋灯塔。该电池是以X板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，电池总反应为：4X+3O₂+6H₂O=4X(OH)₃。该电池正极反应为                        。
（5）已知25℃时，K_sp[U(OH)₃]=2.63×10^－39，则该温度下反应U(OH)₃+3H⁺U³⁺+3H₂O的平衡常数K=                       。

I．甲醇是一种优质燃料，可制作燃料电池。工业上可用下列两种反应制备甲醇：
已知：CO(g) + 2H₂(g)  CH₃OH(g)  ΔH₁
CO₂(g) ＋ 3H₂(g)  CH₃OH(g)  +  H₂O(g)   ΔH₂   
2H₂(g)+ O₂(g)=2H₂O(g)   ΔH₃
则2CO(g)＋O₂(g)=2CO₂(g) 的反应热ΔH=____ ___（用ΔH₁、ΔH₂、ΔH₃表示）。
II．工业上可利用“甲烷蒸气转化法生产氢气”，反应为：CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)。
已知温度、压强和水碳比[n(H₂O)/ n(CH₄)]对甲烷平衡含量的影响如下图：

图1（水碳比为3）                        图2（800℃）
（1）温度对该反应的反应速率和平衡移动的影响是                            。
（2）其他条件不变，请在图2中画出压强为2 MPa时，CH₄平衡含量与水碳比之间关系曲线。（只要求画出大致的变化曲线）
（3）已知：在700℃，1MPa时，1mol CH₄与1mol H₂O在1L的密闭容器中反应，6分钟达到平衡，此时CH₄的转化率为80%，求这6分钟H₂的平均反应速率和该温度下反应的平衡常数是多少？（写出计算过程，结果保留小数点后一位数字。） 
III．某实验小组设计如图a所示的电池装置，正极的电极反应式为____                     ____。

合成氨然后再生产尿素是最重要的化工生产。
I．在3个2 L的密闭容器中，在相同的温度下、使用相同的催化剂分别进行反应：
3H₂(g) + N₂(g)2NH₃(g)，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时有关数据如下：

容器	甲	乙	丙
反应物投入量	3 mol H2、2 mol N2	6 mol H2、4mol N2	2 mol NH3
达到平衡的时间/min		5	8
平衡时N2的浓度/mol·L^－1	c1	1.5
NH3的体积分数	ω1		ω3
混合气体密度/g·L^－^1	ρ1	ρ2

 
（1）容器乙中反应从开始到达平衡的反应速率为v(H₂)=___________。
（2）在该温度下甲容器中反应的平衡常数K=                             (用含c₁的代数式表示)。
（3）分析上表数据，下列关系正确的是________（填序号）：
a．2c₁ > 1.5         b．2ρ₁ = ρ₂       c．ω₃ = ω₁ 
II．工业上用氨气合成尿素（H₂NCONH₂）的反应在进行时分为如下两步：
第一步：2NH₃(l)＋CO₂(g) H₂NCOONH₄ (l)  (氨基甲酸铵)  △H1
第二步：H₂NCOONH₄(l)H₂O(l)＋H₂NCONH₂(l)              △H2   
（4）某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0.5 L密闭容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳，实验测得反应中各组分随时间的变化如左下图I所示：

①已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第     步反应决定。
②第二步反应的平衡常数K随温度T的变化如右上图II所示，则△H2             0；③若第一步反应升温时氨气浓度增大，请在图II中画出第一步反应K₁随温度T变化曲线，并作出必要的标注。
（5）氨和尿素溶液都可以吸收硝工业尾气中的NO、NO₂，将其转化为N₂。
①尿素与NO、NO₂三者等物质的量反应为：CO(NH₂)₂+NO+NO₂ =CO₂+2N₂+2H₂O
该反应中的氧化剂为                    （写化学式）。
②已知：N₂(g)+O₂(g)= 2NO(g)   △H ="a" kJ·mol^－1
N₂(g)+3H₂(g)= 2NH₃(g) △H₂="bkJ·" kJ·mol^－1
2H₂(g)+O₂(g)= 2H₂O(g) △H=" c" kJ·mol^－1
则4NH₃(g) +4NO(g) +O₂(g)= 4N₂(g)+6H₂O(g) △H=              。
③尿素燃料电池结构如下图所示。其工作时负极电极反应式可表示为                       。

（1）N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g) △H=－94.4kJ·mol^－1。恒容时，体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图示。

①在1L容器中发生反应，前20min内，v(NH₃)=         ，放出的热量为        ；
②25min时采取的措施是                                     ；
③时段III条件下，反应的平衡常数表达式为                （用具体数据表示）。
（2）电厂烟气脱氮的主反应①：4NH₃(g)+6NO(g)5N₂(g)+6H₂O(g)   △H<0，副反应②：2NH₃(g)+8NO(g)5N₂O(g)+3H₂O(g) △H＞0。平衡混合气中N₂与N₂O含量与温度的关系如右图。请回答：在400K～600K时，平衡混合气中N₂含量随温度的变化规律是                                                          ，导致这种规律的原因是                                                 （任答合理的一条原因）。

（3）直接供氨式燃料电池是以NaOH溶液为电解质的。电池反应为：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，则负极电极反应式为                                   。

甲烷和氨在国民经济中占有重要地位。
（1）制备合成氨原料气H₂，可用甲烷蒸汽转化法，主要转化反应如下：
CH₄(g) + H₂O(g)  CO(g) + 3H₂(g)   ΔH =" +206.2" kJ/mol
CH₄(g) + 2H₂O(g)  CO₂(g) +4H₂(g)  ΔH = +165.0kJ/mol
上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒，必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO₂，同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应，该反应的热化学方程式是                 。
（2）工业生产尿素的原理是以NH₃和CO₂为原料合成尿素[CO(NH₂)₂]，反应的化学方程式为：2NH₃ (g)+ CO₂ (g) CO(NH₂)₂ (l) + H₂O (l)，该反应的平衡常数和温度关系如下：

T / ℃	165	175	185	195
K	111.9	74.1	50.6	34.8

 
① 反应热ΔH（填“＞”、“＜”或“＝”）_______0。
② 在一定温度和压强下，若原料气中的NH₃和CO₂的物质的量之比（氨碳比），下图是氨碳比（x）与CO₂平衡转化率（α）的关系。求图中的B点处，NH₃的平衡转化率。

（3）已知甲烷燃料电池的工作原理如下图所示。该电池工作时，a口放出的物质为_________，该电池正极的电极反应式为：____          ，工作一段时间后，当3.2g甲烷完全反应生成CO₂时，有         mol 电子发生转移。

工业上“固定”和利用CO₂能有效地减轻“温室’效应。有一种用CO₂生产甲醇燃料的方法：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g) ΔH =－49.0 kJ·mol^－1
（1）在相同温度和容积不变时，能说明该反应已达平衡状态的是　   

A．n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OH)∶n(H2O)＝1∶3∶1∶1

B．容器内压强保持不变

C．H2的消耗速率与CH3OH的消耗速率之比为3∶1

D．容器内的密度保持不变

（2）一定温度时将6 mol CO₂和8 mol H₂充入2L的密闭容器中，测得H₂的物质的量随时间变化如图所示(实线)。图中数据a(1，6)代表的意思是：在1 min时H₂的物质的量是6 mol。

① a点正反应速率　　逆反应速率(填“大于”、“等于”或“小于”)。
② 仅改变某一实验条件时，测得H₂的物质的量随时间变化如图中虚线所示，曲线Ⅰ对应的实验条件改变是　      ，曲线Ⅱ对应的实验条件改变是　  　 　。
③ 在题给图中绘出加入催化剂对应的曲线。
④ 结合图给实线的数据，计算该温度时反应的化学平衡常数。（写出计算过程）
（3）甲醇可用以制燃料电池，常用KOH作电解质溶液，负极的电极反应式为：       。

已知：将KI、盐酸、试剂X和淀粉四种溶液混合，无反应发生。
①向其中滴加双氧水，发生反应：H₂O₂+2H⁺+2Iˉ=2H₂O+I₂；
②生成的I₂立即与试剂X反应，当试剂X消耗完后，生成的 I₂才会遇淀粉变蓝因此，根据试剂X的量、滴入双氧水至溶液变蓝所需的时间，即可推算：H₂O₂+2H⁺+2Iˉ= 2H₂O+I₂的反应速率。
下表为某同学依据上述原理设计的实验及实验记录（各实验均在室温条件下进行）：

编号	往烧杯中加入的试剂及其用量（mL）	催化剂	开始变蓝时间（min）
0．1 mol·Lˉ^1 KI溶液	H2O	0．01 mol·Lˉ^1 X溶液	0．1mol·Lˉ^1 双氧水	1 mol·L^1 稀盐酸
1	20．0	10．0	10．0	20．0	20．0	无	1．4
2	20．0	m	10．0	10．0	n	无	2．8
3	10．0	20．0	10．0	20．0	20．0	无	2．8
4	20．0	10．0	10．0	20．0	20．0	5滴Fe2(SO4)3	0．6

 
（1）已知：实验1、2的目的是探究H₂O₂浓度对H₂O₂+2H⁺+2Iˉ= 2H₂O+I₂反应速率的影响。实验2中m=            ，n=              。
（2）已知，I₂与X完全反应时，两者物质的量之比为1∶2。按表格中的X和KI的加入量，加入V（H₂O₂）>________，才确保看到蓝色。
（3）实验1，浓度c(X)～ t的变化曲线如图，若保持其它条件不变，请在答题卡坐标图中，分别画出实验3、实验4，c(X) ～ t的变化曲线图（进行相应的标注）。
 
（4）实验4表明：硫酸铁能提高反应速率。催化剂能加快反应速率是因为催化剂      (填“提高”或“降低”)了反应活化能。
（5）环境友好型铝—碘电池已研制成功，已知电池总反应为：2Al(s)+3I₂(s)2AlI₃(s)。含Iˉ传导有机晶体合成物作为电解质，该电池负极的电极反应为：________________________，充电时Al连接电源的___________极。
（6）已知：N₂H₄(l) +2H₂O₂(l)= N₂(g)+4H₂O(g) △H1= －640kJ/mol  
H₂O（l）=H₂O（g）  △H2＝+44.0kJ/mol
则0.25mol 液态肼与液态双氧水反应生成液态水时放出的热量是           。

甲醇是一种常用的燃料，工业上可以用CO和H₂在一定条件下合成甲醇。
（1）已知CO（g）、H₂（g）、CH₃OH（1）的燃烧热△H分别为：-283.0kJ／mol、-285.8 kJ/mol、-726.5kJ/mol，则CO合成甲醇的热化学方程式为：                     。
（2）在恒容密闭容器中CO与H₂发生反应生成甲醇，各物质浓度在不同条件下的变化状况如图所示（开始时氢气的浓度曲线和8分钟后甲醇的浓度曲线未画出。4分钟和8分钟改变的条件不同）：   

①下列说法正确的是       

A．起始时n（H2）为1．7mol

B．当容器内压强恒定时，说明反应达到平衡状态

C．4分钟时，改变的条件是升高温度

D．7分钟时，v（CO）=v（CH3OH）

②计算0~2min内平均反应速率v（H₂）=        
③在3min时该反应的平衡常数K=      （计算结果）
④在图中画出8~12min之间c（CH₃OH）曲线   
（2）2009年，中国在甲醇燃料电池技术上获得突破，组装了自呼吸电池及主动式电堆，其装置原理如图甲。

①该电池的负极反应式为：                    。
②乙池是一铝制品表面“钝化”装置，两极分别为铝制品和石墨。
M电极的材料是               ，该铝制品表面“钝化”时的反应式为：                       。

目前，新能源不断被利用到现代的汽车中，高铁电池技术就是科研机构着力研究的一个方向。
（1）高铁酸钾－锌电池（碱性介质）是一种典型的高铁电池，则该种电池负极材料是     。
（2）工业上常采用NaClO氧化法生产高铁酸钾（K₂FeO₄），K₂FeO₄在碱性环境中稳定，在中兴和酸性条件下不稳定。反应原理为：
Ⅰ在碱性条件下，利用NaClO氧化Fe(NO₃)₃制得Na₂FeO₄
3NaClO + 2Fe(NO₃)₃ + 10NaOH＝2Na₂FeO₄↓+ 3NaCl + 6NaNO₃ + 5H₂O
Ⅱ Na₂FeO₄与KOH反应生成K₂FeO₄：Na₂FeO₄ + 2KOH＝K₂FeO₄ + 2NaOH
主要的生产流程如下：

①写出反应①的离子方程式                                                 。
②流程图中“转化”（反应③）是在某低温下进行的，说明此温度下K_sp（K₂FeO₄）     K_sp（Na₂FeO₄）（填“＞”或“＜”或“＝”）。
（3）已知K₂FeO₄在水溶液中可以发生：4FeO₄^2—＋10H₂O4Fe(OH)₃↓＋8OH^—+3O₂↑,则K₂FeO₄可以在水处理中的作用是                                           。
（4）FeO₄^2—在水溶液中的存在形态图如图所示。

①若向pH=10的这种溶液中加硫酸至pH=2，HFeO₄^-的分布分数的变化情况是               。
②若向pH=6的这种溶液中滴加KOH溶液，则溶液中含铁元素的微粒中，       转化为       （填化学式）。

欧盟原定于2012年1月1日起征收航空碳排税以应对冰川融化和全球变暧，研究碳及其化合物的综合利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义。请运用相关知识研究碳及其化合物的性质。
（1）近年来，我国储氢纳米碳管研究取得重大进展，用电弧法合成的碳纳米管中常伴有大量碳纳米颗粒（杂质)，这种碳纳米颗粒可用氧化气化法提纯，其反应的化学方程式为：
___C+___K₂Cr₂O₇+___—___CO₂↑+ ___K₂SO₄+ ___Cr₂(SO₄)₃+___H₂O
①完成并配平上述化学方程式。
②在上述方程式上标出该反应电子转移的方向与数目。
（2）高温时，用CO还原MgSO₄可制备高纯MgO。
①750℃时，测得气体中含等物质的量SO₂和SO₃，此时反应的化学方程式________
②由MgO可制成“镁－次氯酸盐”燃料电池，其装置示意图如图1，该电池反应的离子方程式为_____________________。

（3）二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向，将CO₂转化为甲醇的热化学方程式为：
CO₂(g)+3H₂(g)（g）CH₃OH(g)+H₂O(g)  ΔH
①该反应的平衡常数表达式为K_______。
②取五份等体积CO₂和H₂的混合气体（物质的量之比均为1：3)，分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数(CH₃OH)与反应温度T的关系曲线如图2所示，则上述CO₂转化为甲醇反应的 ΔH_____0 (填“>”、“<”或“ =” )。
③在同条件下发生反应，测得CH₃OH的物质的量随时间变化如图3所示，曲线 I、II对应的平衡常数大小关系为K_I_______K_II(填“>”、“<”或“ = ”)。

工业上一般在恒容密闭容器中可以采用下列反应合成甲醇：
CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g） ΔH
     
图1 （图中表示生成1mol物质时的能量）          图2
（1）根据图1请写出合成甲醇的热化学方程式                                    
（2）该反应的逆反应速率随时间变化的关系如上图2。t₁时改变了某种条件，改变的条件可能是                       。
（3）判断反应达到平衡状态的依据是       (填字母序号)。

A．2v(H2)(逆) =v(CO)(正)	B．混合气体的密度不变
C．混合气体的平均相对分子质量不变	D．CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化

E．容器内CO、H₂、CH₃OH的浓度之比为1:2:1  
（4）在一定温度下，若将4a mol H₂和2amol CO放入2L的密闭容器中，充分反应后测得CO的转化率为50％，则该反应的平衡常数为         。若此时再向该容器中投入a mol CO、2amol H₂和amol CH₃OH，判断平衡移动的方向是     （“正向移动”“逆向移动”或“不移动”）；与原平衡相比，CO的物质的量浓度    （填“增大”、“不变”或“减小”）。
（5）某甲烷燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，CH₄为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料做电极。为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，电池工作时必须有部分A物质参加循环（见图）。A物质的化学式是_________；该原电池的负极反应式可表示为                          。

燃煤废气中的氮氧化物（NO_x）、二氧化碳等气体，常用下列方法处理，以实现节能减排、废物利用等。
（1）对燃煤废气进行脱硝处理时，常利用甲烷催化还原氮氧化物，如：
CH₄(g)＋4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g) △H＝－574 kJ·mol^－1
CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)  △H＝－1160 kJ·mol^－1
则CH₄(g)将NO₂(g)还原为N₂(g)等的热化学方程式为              。
（2）将燃煤废气中的CO₂转化为甲醚的反应原理为：
2CO₂(g) + 6H₂(g) CH₃OCH₃(g) + 3H₂O(g)
已知一定压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率见下表：

投料比[n(H2) / n(CO2)]	500 K	600 K	700 K	800 K
1.5	45%	33%	20%	12%
2.0	60%	43%	28%	15%
3.0	83%	62%	37%	22%

①若温度升高，则反应的平衡常数K将             （填“增大”、“减小”或“不变”。下同）；若温度不变，提高投料比[n(H₂) / n(CO₂)]，则K将             。
②若用甲醚作为燃料电池的原料，请写出在碱性介质中电池负极的电极反应式
                                      。若通入甲醚（沸点为-24.9 ℃）的速率为1.12 L·min^-1（标准状况），并以该电池作为电源电解2 mol·L^-1 CuSO₄溶液500 mL，则通电30 s后理论上在阴极可析出金属铜     g。

根据所学知识，完成下列问题：
（1）化学反应可视为旧键断裂和新键生成的过程。键能是形成（或拆开）1 mol化学键时释放（或吸收）的能量。已知白磷和其燃烧产物P₄O₆的分子结构如图所示，现提供以下键能（kJ· mol^-1）： P－P：198，  P－O：360， O－O：498，白磷(P₄)燃烧的热化学方程式为                       。

（2）化学能与电能之间可以相互转化，以Fe、Cu、C(石墨)、CuSO₄溶液、FeSO₄溶液、Fe₂(SO₄)₃溶液 、AgNO₃溶液为原料，通过原电池反应实现2Fe³⁺ + Cu＝2Fe²⁺ + Cu²⁺,请你把下图补充完整，使之形成闭合回路，并用元素符号标明电极。甲池中电解液是        溶液；乙池中电解液是         溶液。（要求：甲、乙两池中电解质元素种类始终保持不变）

（3）某市对大气进行监测，发现该市首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5（直径小于等于2.5μm的悬浮颗粒物）其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此，对PM2.5、SO₂、NOx等进行研究具有重要意义。请回答下列问题：
①对PM2.5空气样本用蒸馏水处理，制成待测试样。若测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表：

离子	K^+	Na^+	NH4^+	SO4^２－	NO3^－	Cl^－
浓度/ mol•L^-1	4×10^-6	6×10^-6	2×10^-5	4×10^-5	3×10^-5	2×10^-5

根据表中数据判断该试样的酸碱性为        ，试样的pH值=        
②已知气缸中生成NO的反应为：N₂(g)+O₂(g)  2NO(g) H＞0
若1 mol空气含有0.8 molN₂和0.2 molO₂,1300℃时在密闭容器内反应达到平衡。测得NO为8 × 10^-4 mol.计算该温度下的平衡常数K= ___________；汽车启动后，气缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是                                          。

已知工业上合成氨的反应为：N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g) △H＜0。在一体积为2L的密闭容积中，加入0.20mol的N₂和0.60mol的H₂，反应中NH₃的物质的量浓度的变化情况如图所示，

请回答下列问题：
（1） 写出该反应平衡常数的表达式K="_____"
（2）反应进行到4分钟到达平衡。请计算从反应开始到刚刚平衡，平均反应速率v(NH₃) 为            ；
（3）5分钟时，保持其它条件不变，把容器的体积缩小一半，平衡         移动（填“向逆反应方向”、“向正反应方向”或“不”）。化学平衡常数将        （填“增大”、“减少”或“不变”）。
（4）N₂和H₂的反应还有其它应用。如：有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，分别以N₂、H₂为电极反应物，以HCl—NH₄Cl溶液为电解质溶液制造新型燃料电池，试写出该电池的正极电极反应式            。